AFE7222 宽带混合信号收发器技术文档总结

AFE7225/7222 是一款为全双工或半双工无线电设计的模拟前端。过采样传输12位DAC提供基带到奈奎斯特的输出频率。欠采样接收12位ADC允许基带的模拟输入频率达到~230MHz。AFE7225/7222 内的大多数模块独立控制，以优化功耗与利用率。通过串行接口提供两个辅助控制12位DAC和一个双输入辅助监听12位ADC。数字特性包括QMC（正交调制校正）、插值、减量、均方根/峰值功率计以及带有独立NCO的混频器，用于接收和发射路径。
*附件：afe7222.pdf

AFE7225/7222 提供 64 针 9x9mm QFN 封装（RGC）。AFE7225/7222采用德州仪器的低功耗模拟CMOS工艺制造，并适用于整个工业温度范围（–40°C至85°C）。

特性

• AFE7225
  • 双12位250MSPS TX DAC
  • 双12位125MSPS RX ADC
• AFE7222
  • 双12位130MSPS TX DAC
  • 双12位65MSPS RX ADC
• 选项
  • 双12位辅助DAC
  • 双输入12位辅助ADC
  • TX路径插值2或4
  • RX路径减2
  • 3.0V/1.8V电源，低功率
  • 半双工快速唤醒模式
  • 粗或细数字混音器
  • 正交调制修正
  • 时钟输入除法/乘法
  • 串行LVDS或交错并行CMOS接口
  • 64针QFN封装（9毫米×9毫米）

参数

方框图

AFE7222/AFE7225 是德州仪器（TI）推出的引脚兼容宽带混合信号收发器（模拟前端），专为全双工 / 半双工软件无线电设计，集成双路 12 位 ADC、双路 12 位 DAC 及辅助 ADC/DAC，支持灵活的数字信号处理功能，适配便携式无线电、无线基础设施、微微蜂窝基站等场景，以低功耗、小尺寸和高动态性能为核心优势。

一、芯片基础信息与核心特性

1. 基础规格

• 型号差异 ：文档编号 SLOS711B，2011 年 11 月发布、2012 年 3 月修订，AFE7222 为低速率版本，AFE7225 为高速率版本，二者引脚完全兼容。
• 供电与温度 ：模拟电源 2.85V-3.6V（AVDD3 系列）、1.7V-1.9V（AVDD18 系列），数字电源 1.7V-1.9V（DVDD18 系列）；工作温度 - 40°C 至 85°C，存储温度 - 65°C 至 150°C。
• 封装形式 ：64 引脚 9mm×9mm QFN 封装（型号 RGC），底部带热焊盘，结到环境热阻 22.8°C/W，适配高密度 PCB 布局。

2. 核心性能指标

• ADC 性能 ：AFE7222 最高 65 MSPS 采样率，AFE7225 最高 125 MSPS；差分输入范围 2 Vpp，SNR 典型值 70 dBFS-71.9 dBFS，SFDR 达 79.2 dBc-92.8 dBc，DNL±0.5 LSB、INL±1.7 LSB，模拟输入带宽 550 MHz。
• DAC 性能 ：AFE7222 最高 130 MSPS 采样率，AFE7225 最高 250 MSPS；满量程输出电流 2 mA-20 mA 可调，SFDR 典型值 69 dBc-75 dBc，噪声谱密度（NSD）低至 - 130 dBc/Hz 以下，支持 2 倍 / 4 倍插值滤波。
• 辅助模块 ：12 位辅助 ADC（最高 100 kSPS），双路 12 位辅助 DAC（最高 3.33 MSPS），用于电压监测和板级校准。
• 功耗优化 ：全双工模式功耗 398 mW（CMOS 接口）-650 mW（LVDS 接口），支持全局掉电、快速唤醒掉电等多模式功耗控制，半双工 / 单通道模式可进一步降低功耗。

二、关键功能模块与工作原理

1. 核心功能模块

• 收发通道架构 ：
  • 接收路径：双路 ADC + 1/2 抽取滤波器 + 正交调制校正（QMC） + 粗 / 细混频器 + RMS / 峰值功率计，支持中频欠采样（最高 230 MHz）。
  • 发射路径：双路 DAC + 2 倍 / 4 倍插值滤波器 + 逆 sinc 滤波器 + 8 级 FIFO + QMC + 粗 / 细混频器，FIFO 用于跨时钟域数据缓冲。
• 数字信号处理 ：内置独立数控振荡器（NCO），支持频率搬移；QMC 模块校正 I/Q 通道增益 / 相位 / 偏移失衡；粗混频器支持 ±Fs/4 频率偏移，细混频器可灵活配置混频增益。
• 接口特性 ：支持 LVDS/CMOS 双接口模式，LVDS 支持 1 线 / 2 线 DDR/SDR 传输，CMOS 支持交织并行 DDR 传输；通过 SPI 接口实现寄存器配置、数据读写及辅助模块控制。
• 辅助模块 ：辅助 ADC 支持 2 路外部输入，用于电压监测；辅助 DAC 为电流输出（2.5 mA-7.5 mA），用于校准或控制。

2. 工作原理

• 接收链路：模拟信号经 ADC 采样后，通过抽取滤波器降低数据率，经 QMC 校正失衡，再由混频器完成频率搬移，最终通过数字接口输出；功率计实时监测信号峰值 / RMS 功率。
• 发射链路：数字信号经 FIFO 缓冲后，通过插值滤波器提升采样率，经 QMC 和混频器处理，由 DAC 转换为差分电流信号输出；FIFO 可避免跨时钟域数据冲突。
• 功耗控制：各功能模块可独立上电 / 掉电，支持半双工模式下的 TX/RX 快速切换，全局掉电功耗低至 3 mW，快速唤醒时间仅 4 μs-5 μs。

三、应用场景与设计建议

1. 典型应用

• 无线通信 ：微微蜂窝基站、无线回程设备，支持宽带信号收发与中频处理。
• 测试测量 ：宽带信号发生器、接收机，利用高带宽和高动态范围实现精准信号转换。
• 便携式设备 ：低功耗设计适配电池供电场景，小尺寸封装满足小型化需求。

2. 设计注意事项

• 电源与接地 ：模拟地与数字地需共地，各电源引脚就近并联 0.1 μF 去耦电容；热焊盘必须焊接至 PCB 接地平面，确保散热效率。
• 时钟设计 ：支持差分 / LVDS/CMOS 时钟输入，高速模式（ADC>65 MSPS）建议启用占空比校正（DCC）；优先采用高速率时钟分频方案，避免 PLL 倍频引入额外抖动。
• 信号匹配 ：ADC 输入共模电压需匹配 0.95 V（VCM 引脚输出），DAC 电流输出需通过电阻或变压器匹配负载，建议参考 TI 推荐的 50 Ω 负载匹配电路。
• ESD 防护 ：芯片内置 ESD 防护有限（HBM 2 kV），存储和操作时需将引脚短接或置于导电泡沫中，避免静电损坏。

四、关键配置与操作要点

1. 核心数字功能配置

• 信号处理配置 ：通过寄存器选择 ADC 抽取率（1/2）、DAC 插值率（1/2/4）；QMC 模块可配置 I/Q 通道增益（0-1.999 倍）、相位（-0.125 至 0.12475）及偏移（±256 LSB）。
• 接口配置 ：CMOS 模式支持 DDR 交织并行传输，LVDS 模式支持 1 线 / 2 线传输，通过寄存器选择数据格式（2 补码 / 偏移二进制）、位序（MSB/LSB 优先）。
• 功耗控制 ：PDN 引脚或寄存器可配置全局掉电、快速掉电、单通道掉电等模式，半双工模式下可通过寄存器实现 TX/RX 切换。

2. 典型操作流程

• 上电序列 ：同时或按任意顺序启动 3V 和 1.8V 电源，通过 RESET 引脚输入≥100 ns 高脉冲复位芯片，配置 SPI 接口后启用目标功能模块。
• SPI 操作 ：采用 20 位传输格式（12 位地址 + 8 位数据），支持寄存器读写、辅助 ADC 采样、辅助 DAC 数据更新，SCLK 最高频率 40 MHz。
• 多芯片同步 ：通过 SYNC 引脚实现多芯片时钟分频器、FIFO、混频器相位同步，确保多通道一致性。